让AtomicLong再飞一会儿

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我经常听别人说Java的原子类型（java.util.concurrent.atomic）非常快，在高并发的环境下表现很优秀。很多时候，原子类型确实能很高效的完成它们的任务。然而在有些场景下面，原子类型的竞争冲突带来的隐形开销会带来严重的性能问题。我们来看下原子类型是什么实现的，这样设计意味着什么。

所有的原子类型，比如AtomicLong, AtomicBoolean, AtomicReference等等，都是volatile值的一个包装。sun.misc.Unsafe的引入给它们带来了附加功能，它使得这些类型具备了CAS的能力。

CAS（compare-and-swap）本质上是现代CPU提供的一个原子指令，它旨在提供一个安全高效的非阻塞，多线程的数据操作能力。CAS和锁相比的最大优势在于，由于CAS没有仲裁，不会带来内核级别的负载。相反的，编译器发出了lock cmpxchg, lock xadd, lock addq等CPU指令，这是你从JVM层面调用指令的最快方式了。

在大多数情况下，低开销的CAS是锁原语的一个高效的替代品。然而，在竞争的场景下，CAS的开销也会呈指数级增长。

Dave Dice, Danny Hendler和Ilya Mirsky的一份很有意思的研究报告里证实了这个问题。我强烈推荐你读一下那篇论文，跟这篇文章相比，那篇论文包含的信息量要大得多。

我从这篇论文里整理出了一些概念，并进行了测试。很多Java程序员看了这个结果会觉得很惊讶，因为长久以来对CAS的性能都存在误区。

实现回避竞争控制的代码非常简单。CAS失败后不要直接循环，先等待一小段时间，让别的线程可以尝试更新。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
  
public class BackOffAtomicLong {
  
    public static long bk;
  
    private final AtomicLong value = new AtomicLong(0L);
  
    public long get() {
        return value.get();
    }
  
    public long incrementAndGet() {
        for (;;) {
            long current = get();
            long next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }
  
    public boolean compareAndSet(final long current, final long next) {
        if (value.compareAndSet(current, next)) {
            return true;
        } else {
            LockSupport.parkNanos(1L);
            return false;
        }
    }
  
    public void set(final long l) {
        value.set(l);
    }
  
}

测试是在64位的Linux 3.5.0（x86_64）上执行的，CPU是Intel(R) Core(TM) i7-3632QM 2.20GHz(8核）,Java版本为64位1.7.0_25-b15。

和预料中一样，读竞争高的情况下，两个实现性能没有太大差别：



然而，写竞争激烈的话结果就很有意思了。这个场景暴露了Hotspot的AtomicLong的乐观重试机制的缺陷。





类似的，读写竞争都很高的时候，这个轻量级访问控制的好处也同样明显。

如果涉及到socket间通信的话，结果会大不相同。不过很不幸，这里丢了些英特尔Xeon平台的测试数据。如果你们有兴趣的话，可以把不同平台的结果发上来。

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